Теплоутилізатор

Реферат: Теплоутилізатор складається з трубної системи, що містить вхідні та вихідні колектори, до яких приєднані однорядні секції оребрених труб. Трубна система виконана з двох опозитних блоків теплообмінних модулів, кожен з яких налічує половину оребрених труб (плоскоовальних труб з неповним оребренням), необхідних для забезпечення потрібної теплової потужності утилізатора. Це дозволяє приєднувати секції до вхідного та вихідного колекторів з достатньо великим, для забезпечення якісної приварки, кроком, що дорівнює подвоєному поздовжньому кроку оребрених труб теплообмінної поверхні. UA 96194 U (12) UA 96194 U UA 96194 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до теплоенергетики, зокрема конструкцій теплоутилізаторів, які використовуються для утилізації теплоти димових газів парових або водогрійних котлів та іншого паливовикористовуючого обладнання. Відомий виносний чавунний економайзер системи ВТІ у вигляді рекуперативного теплообмінного апарату (Быстрицкий Г.Ф. "Основы энергетики": учебник / Г.Ф. Быстрицкий. - 3-е изд., стер. - М.: КНОРУС, 2012. - С. 218-219, рис. 7.21), який встановлюються на котлах з робочим надлишковим тиском до 2 МПа. Економайзер набирається з окремих стандартних ребристих труб довжиною 2 м із внутрішнім діаметром 50 і товщиною стінки 13 мм, форма ребер - квадратна 140×140 мм. Ребра на трубах служать для збільшення поверхні нагріву й кращої передачі тепла гарячих газів воді. На кінці кожної ребристої труби є фланець прямокутної форми розміром 150×150 мм. Поверхня 2 нагріву однієї труби - 2,95 м . Ребристі труби з'єднуються між собою калачами, розташованими горизонтально й вертикально, чим забезпечується прохід води послідовно через усі труби горизонтальних рядів економайзера. Для ущільнення з'єднань калачів з ребристими трубами застосовуються паронітові прокладки. Недоліками таких економайзерів є їх висока металоємність, громіздкість та висока чутливість до гідравлічних ударів. Також використання чавунних труб знижує техніко-економічні показники економайзера за рахунок низького коефіцієнту теплопередачі. Найбільш близьким до запропонованої корисної моделі є виносний економайзер, який являє собою рекуперативний трубчастий теплообмінний апарат, що встановлюється в газоході за димососом поза будівлею котельні. (Див. Деклар. патент на корисну модель UA 50491 "Виносний економайзер" Демченко В.Г. Бюл. № 11, 2010 р.) Недоліком найближчого аналога є неможливість його встановлення за різними типами котлів та неможливість його встановлення над підземними газоходами та в надземних неізольованих газоходах. Також конструкція такого виносного економайзера включає використання певного типорозміру плоскоовальних труб з неповним оребренням (поперечний розмір несучої плоскоовальної труби d1=15 мм, поздовжній розмір - d2=42 мм, товщина стінки труби 2 мм. Висота ребра h=25 мм; товщина ребра s=0,8 мм; крок ребер t=3,75 мм). Ще одним недоліком є наявність лише одного збирального та одного роздавального колекторів, що призводить до збільшення гідравлічного опору, унеможливлює зменшення поздовжнього кроку труб та ускладнює виготовлення теплообмінного апарату. Задачею корисної моделі є вдосконалення конструкції теплоутилізатора для поліпшення його конструктивних характеристик, розширення області його застосування в різних галузях енергетики та промисловості. Поставлена задача вирішується тим, що в пристрій теплоутилізатора внесли нову сукупність ознак: - виконання теплоутилізатора з двох опозитних блоків теплообмінних модулів, кожен з яких налічує половину необхідних для забезпечення теплової потужності оребрених труб, що дає змогу зменшувати поздовжній крок труб утилізатора за рахунок виконання отворів на одному збиральному або роздавальному колекторі з подвоєним поздовжнім кроком труб, призводить до зменшення гідравлічного опору та спрощує технологію виробництва теплоутилізатора; - використання як поверхні теплообміну плоскоовальних труб з неповним оребренням (Див. Деклар. патент на корисну модель UA 25025 "Теплообмінна труба" Письменний Є.М., Терех О.М., Рогачов В.А., Бурлей В.Д. Бюл. № 11, 2017 р.) різних типорозмірів (поперечний розмір несучої плоскоовальної труби d1=10-25 мм, поздовжній розмір - d2=25-60 мм, товщина стінки труби s=1-4 мм. Висота ребра h=15-50 мм; ширина ребра 1=10-90 мм; товщина ребра s=0,51,5 мм; крок ребер t=3-15 мм), що дозволяє розширити область застосування теплоутилізатора; - здійснення з'єднання двох опозитних блоків шляхом приварки заглушених торців колекторів теплообмінних модулів до стінок вхідного та вихідного колекторів протилежного блока за допомогою сталевих пластин - ребер. За рахунок цього утворюється достатньо жорстка та міцна трубна система, що забезпечує не тільки здійснення основних теплогідравлічних процесів, а може виконувати функцію силового каркаса, що сприймає вагові навантаження складових частин утилізатора. Корисна модель пояснюється кресленням, де на фіг. 1 зображено загальний вигляд плоскоовальної труби з неповним оребренням, на фіг. 2 зображено тривимірну модель теплоутилізатора з обшивкою та без обшивки, на фіг. 3 зображено секцію оребрених труб, і на фіг. 4 зображено блок теплообмінного модуля. Основним елементом теплоутилізатора, від якого в цілому залежить ефективність його роботи, є плоскоовальна труба з неповним оребренням (фіг. 1), яка входить до складу секції (фіг. 4). Використання такого виду труб як поверхні нагріву дозволяє зменшити аеродинамічний 1 UA 96194 U 5 10 15 20 25 30 35 40 опір теплоутилізатора в 1,5-2,5 рази у порівнянні з круглими трубами з спірально-стрічковим оребренням; підвищити компактність та зменшити металоємність теплоутилізатора. Основою конструкції теплоутилізатора є трубна система (фіг. 2), що містить вхідні (1) та вихідні (2) колектори, до яких приєднуються однорядні секції оребрених труб (3). Для спрощення та здешевлення виготовлення трубна система виконується з двох опозитних блоків теплообмінних модулів (фіг. 4), кожен з яких налічує половину оребрених труб, необхідних для забезпечення потрібної теплової потужності утилізатора. Це дозволяє приєднувати секції (3) до вхідного (1) та вихідного (2) колекторів з достатньо великим для забезпечення якісної приварки кроком, що дорівнює подвоєному поздовжньому кроку оребрених труб (2xS2) теплообмінної поверхні. Колектори (1, 2 фіг. 4) кожного із модулів мають однаковий діаметр та довжину, але теплообмінні секції приєднуються до них зі зміщенням таким чином, щоб забезпечити розміщення їх одне за одним при з'єднанні в єдину конструкцію трубної системи теплоутилізатора. Тим самим встановлюється значення поздовжнього кроку оребрених труб в теплообмінному пучку, яке використовується при виконанні теплових та аеродинамічних розрахунків утилізатора. З'єднання двох опозитних блоків здійснюється шляхом приварки заглушених торців колекторів теплообмінних модулів до стінок вхідного та вихідного колекторів протилежного блока за допомогою сталевих пластин - ребер (17, фіг. 3). В результаті утворюється достатньо жорстка та міцна трубна система, що забезпечує не тільки здійснення основних теплогідравлічних процесів, а може виконувати функцію силового каркаса, що сприймає вагові навантаження складових частин утилізатора. На зібрані таким чином блоки кріпиться обшивка, що в свою чергу, складається з двох вертикальних стінок (4, фіг. 2) і двох горизонтальних (5). Ця внутрішня обшивка забезпечує герметичний газохід через вікна, що передбачені в двох торцевих вертикальних стінках зовнішньої обшивки (6). Для з'єднання з системою газоходів на цих стінках зовнішньої обшивки передбачені фланці (7) з отворами під болтове кріплення. Крім цього зовнішня обшивка доповнюється двома боковими (8), а також верхньою (9) і нижньою (10) стінками. Простір між внутрішньою і зовнішньою обшивками заповнюється утеплювачем (11). Верхні і нижні колектори двох підсекцій (1 і 2) мають фланці для болтового з'єднання з зовнішнім підключенням. Для транспортування теплоутилізатора передбачено чотири рим-болти (12), які розміщені на верхній площині конструкції, а для його кріплення в робочому стані - дві опори (13) з отворами під фундаментні болти. Секція оребрених труб (фіг. 3) являє собою зварну конструкцію, що складається із верхнього (15) та нижнього (16) поперечних колекторів і ряду вварених в них ребристих труб (14). В свою чергу, поперечні колектори секцій оребрених труб (15, 16, фіг. 4) вварюються в подовжні вхідний (1) і вихідний (2) колектори і утворюють вище згадані конструкції: правий і лівий блоки теплоутилізатора. Теплоутилізатор працює наступним чином: димові гази (теплоносій) проходять через газохід економайзера, в якому розташовується пучок плоскоовальних труб з неповним оребренням. Теплота від димових газів відбирається пучком труб, внутрішній контур яких заповнений водою, що циркулює за допомогою насоса. Таким чином, теплота від димових газів за рахунок кондуктивно-конвективного теплообміну передається воді. Димові гази при цьому охолоджуються. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 45 50 Теплоутилізатор, що складається з трубної системи, що містить вхідні та вихідні колектори, до яких приєднані однорядні секції оребрених труб, який відрізняється тим, що трубна система виконана з двох опозитних блоків теплообмінних модулів, кожен з яких налічує половину оребрених труб (плоскоовальних труб з неповним оребренням), необхідних для забезпечення потрібної теплової потужності утилізатора, це дозволяє приєднувати секції до вхідного та вихідного колекторів з достатньо великим, для забезпечення якісної приварки, кроком, що дорівнює подвоєному поздовжньому кроку оребрених труб теплообмінної поверхні. 2 UA 96194 U 3 UA 96194 U Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4